Dobór MOSFET N-Ch 55V Logic Level do LM3478 z niskimi stratami i dużą sprawnością?

Hello EM,

Thursday, April 15, 2010, 1:30:44 PM, you wrote:

[...]

To teraz prośba o jakiś tranzystor do tego... najchętniej IPAK lub DPAK.

Ojej - tak trudno samemu poszukać?

Tak jak wspominałem zastanawiam się nad problemem strat mocy wynikających z
Rdson oraz strat na przełączaniu. Jak dobrać jakiś kompromis pomiędzy małym
RDSon a niezbyt dużą pojemnością bramki.
W sumie powinno wystarczyć napięcie ok. 40V (wcześniej zakładałem 55)

Może być nawet 30V. Na przykład dwie sztuki Si4410 połączone
równolegle.

Tak jak wspominałem zastanawiam się nad problemem strat mocy
wynikających z
Rdson oraz strat na przełączaniu. Jak dobrać jakiś kompromis
pomiędzy małym
RDSon a niezbyt dużą pojemnością bramki.
W sumie powinno wystarczyć napięcie ok. 40V (wcześniej zakładałem 55)

Może być nawet 30V. Na przykład dwie sztuki Si4410 połączone
równolegle.

Tfu! Myślę o jednym, piszę o czymś innym - oczywiście wystarczy jedna
sztuka.

Liczyłem na doświadczenia, typu: ten ma dobre RDSon, ale dużą pojemność,

Tak jak wspominałem zastanawiam się nad problemem strat mocy
wynikających z
Rdson oraz strat na przełączaniu. Jak dobrać jakiś kompromis
pomiędzy małym
RDSon a niezbyt dużą pojemnością bramki.
W sumie powinno wystarczyć napięcie ok. 40V (wcześniej zakładałem 55)

Może być nawet 30V. Na przykład dwie sztuki Si4410 połączone
równolegle.

Tfu! Myślę o jednym, piszę o czymś innym - oczywiście wystarczy jedna
sztuka.

Liczyłem na doświadczenia, typu: ten ma dobre RDSon, ale dużą pojemność,
więc mniejsze straty wyjdą np. z tym...

Czy mogę liczyć, że wystarczy SO8, czy lepiej jakaś obudowa z której
będę mógł łatwiej odprowadzić moc w miarę potrzeby, czyli tak jak
wspominałem IPAK/DPAK?

Chyba jednak po prostu muszę przysiąść do przykładowych obliczeń...

Dziękuję serdecznie za dotychczasową pomoc

Dane wejściowe dla najgorszego przypadku:
Uwe - 7V
Uwy - 24V
Iwy - 1.5A
f - 200 kHz
Uf - 0.7V
Rdson - 0.032 oma (Ugs = 4.5V, tj = 100 stopni)

Otrzymujemy:

tryb CCM
ton - 3.58 us
T - 5 us
imin - 4.04A
imax - 6.55A
Irms - 4.52A
moc strat na kluczu - 0.65W, w rzeczywistości straty na przewodzeniu
będą mniejsze.

Dane wejściowe dla najgorszego przypadku:
Uwe - 7V
Uwy - 24V
Iwy - 1.5A
f - 200 kHz
Uf - 0.7V
Rdson - 0.032 oma (Ugs = 4.5V, tj = 100 stopni)

Otrzymujemy:

tryb CCM
ton - 3.58 us
T - 5 us
imin - 4.04A
imax - 6.55A
Irms - 4.52A
moc strat na kluczu - 0.65W, w rzeczywistości straty na przewodzeniu
będą mniejsze.

Ale to co pozostaje dla mnie zagadką to jednak straty przy przełączaniu,
które zależą od wydajności drivera, częstotliwości i ładunku jaki trzeba
przeładować.
Poszukam jeszcze jakiegoś ciekawego opisu gdzie można znaleźć jak się to
wszystko oblicza...

Straty na przełączanie są dokładnie proporcjonalne do częstotliwości.
Z obliczeniami jest kłopot - można jedynie szacować dla najgorszego
przypadku według wzoru, który sam znalazłeś na stronie 16 PDFa, czyli
mniej więcej:

(Up*Ip/2) * (thl+tlh) * f

Dla Si4410 czasy thl i tlh będą rzędu dziesiątek ns, razem można
szacować na 100ns. Czyli mamy (25*7/2) * 100E-9 * 200E+3 = 1.75W - w
rzeczywistości będzie to jednak mniej. Ładunek całkowity dla Si4410
jest tak mały, że od niego praktycznie czasy nie zależą. Według mojej
oceny rzeczywista moc tracona na przełączaniu dla najgorszego
przypadku nie zbliży się nawet do 1W.

Jeszcze jedna uwaga - zapomniałem o tym, że dla najgorszych warunków
napięcie na bramce będzie na tyle niskie, że współczynnik
temperaturowy Rdson będzie bliski zeru. W związku z tym niepotrzebnie
przyjąłem współczynni wzrostu równy 1.6 - można ze spokojnym sumieniem
uznać Rdson = 0R02 a nie przesadzone 0R032. Co oznacza, że straty na
przewodzeniu spadną do ok. 0.4W.

Zwróć uwagę, że wszelkie moje szacunki są dla skrajnie niekorzystnych
warunków. Rzeczywistość aż tak smutna nie jest. Na przykład przyjęcie
Ugs = 4.5V to spora przesada - na pewno nie będzie niższe niż 6V.
Podobnie z czasem thl + tlh - trzebaby nieźle dodać pojemności, żeby
łączny czas przełączania dobić do 100ns. Itd.

Ogólnie przesiadłem się na LT3783 i próbuję obliczać według tamtych wzorów.

Straty na przełączanie są dokładnie proporcjonalne do częstotliwości.
Z obliczeniami jest kłopot - można jedynie szacować dla najgorszego
przypadku według wzoru, który sam znalazłeś na stronie 16 PDFa, czyli
mniej więcej:

(Up*Ip/2) * (thl+tlh) * f

Dla Si4410 czasy thl i tlh będą rzędu dziesiątek ns, razem można
szacować na 100ns. Czyli mamy (25*7/2) * 100E-9 * 200E+3 = 1.75W - w
rzeczywistości będzie to jednak mniej. Ładunek całkowity dla Si4410
jest tak mały, że od niego praktycznie czasy nie zależą. Według mojej
oceny rzeczywista moc tracona na przełączaniu dla najgorszego
przypadku nie zbliży się nawet do 1W.

Jeszcze jedna uwaga - zapomniałem o tym, że dla najgorszych warunków
napięcie na bramce będzie na tyle niskie, że współczynnik
temperaturowy Rdson będzie bliski zeru. W związku z tym niepotrzebnie
przyjąłem współczynni wzrostu równy 1.6 - można ze spokojnym sumieniem
uznać Rdson = 0R02 a nie przesadzone 0R032. Co oznacza, że straty na
przewodzeniu spadną do ok. 0.4W.

Tak to w sumie daje 1,4W szacując, czyli maksymalna dopuszczalna moc
strat tego tranzystora dla TA=25st. C. Zakładając, że w pobliżu jest jednak
dużo goręcej, nie da rady z tym tranzystorkiem. Chyba dobrze rozumuję...
To samo odnosi się do wspomnianego wpółczynnika wzrostu Rdson, czyli 1.6
wydaje się sensowne.

Zwróć uwagę, że wszelkie moje szacunki są dla skrajnie niekorzystnych
warunków. Rzeczywistość aż tak smutna nie jest. Na przykład przyjęcie
Ugs = 4.5V to spora przesada - na pewno nie będzie niższe niż 6V.
Podobnie z czasem thl + tlh - trzebaby nieźle dodać pojemności, żeby
łączny czas przełączania dobić do 100ns. Itd.

Ogólnie przesiadłem się na LT3783 i próbuję obliczać według tamtych wzorów.
Teraz wychodzi mi ok. 1W w sumie moc strat na tranzystorze wspomnianym.
Myślę, że przy tej mocy warto by pomyśleć jednak o tranzystorze w obudowie
która pozwoli na rozproszenie tej mocy.

Zastanawia mnie też fakt, w tamtych wzorach moc przełączania zależy
jedynie od Crss (Reverse Transfer Capacitance) jeśli chodzi o parametry
tranzystora.

Dziękuję serdecznie za wskazówki. Jak się okazuje, to nie sposób przeskoczyć
obliczeń. Arkusz kalkulacyjny jest bardzo pomocny. I odpowie mi na pytania,
które postawiłem na początku.

Mam to co udało się zorganizować na szybko:
LM3478
IRLU8726 30V 5,8mohm@4,5V Qg 15nC
DL1207-100 10uH

Rezystor Rsense = 0,0012

Częstotliwość powinna być ok. 200kHz - rezystor 82k, ale jak mierzę
multimetrem na bramce mosfeta to jest 130kHz.

Zasilanie ok. 12V
No niestety przy ok. 3A ze źródła tranzystor IPAK się odlutowuje od
radiatorka kilka cm2, szacuję, że pewnie z 5W się wydziela na nim.
Pierwszy się spalił zanim się zorientowałem.
Nie próbowałem akurat liczyć tego przypadku - stawiam na zbyt wolne
przełączanie.
Mocno mi się to nie podoba. Chciałem zejść do 6V i 5A z wejścia.
Sprawdziłem jeszcze dla 6,5V - udaje mi się dojść do 2,15A na wejściu.
Wydaje mi się, że Rsense może być za duży jeszcze lub problem z pcb
ogólnie. Teraz już trochę za późno na dalsze testy i pomiary...
I teraz częstotliwość widać jest ok. 200kHz.

Mam to co udało się zorganizować na szybko:
LM3478
IRLU8726 30V 5,8mohm@4,5V Qg 15nC
DL1207-100 10uH

Próbowałeś dwa dławiki szeregowo?
Nie

Rezystor Rsense = 0,0012

Tu nie o jedno zero za dużo? Powinno być ok. 12 miliomów chyba...
Racja, w sumie jest 4 rezystory 0R047 równolegle

Częstotliwość powinna być ok. 200kHz - rezystor 82k, ale jak mierzę
multimetrem na bramce mosfeta to jest 130kHz.

Niestety - rozrzut jest spory...

Zasilanie ok. 12V
No niestety przy ok. 3A ze źródła tranzystor IPAK się odlutowuje od
radiatorka kilka cm2, szacuję, że pewnie z 5W się wydziela na nim.
Pierwszy się spalił zanim się zorientowałem.
Nie próbowałem akurat liczyć tego przypadku - stawiam na zbyt wolne
przełączanie.
Mocno mi się to nie podoba. Chciałem zejść do 6V i 5A z wejścia.
Sprawdziłem jeszcze dla 6,5V - udaje mi się dojść do 2,15A na wejściu.
Wydaje mi się, że Rsense może być za duży jeszcze lub problem z pcb
ogólnie. Teraz już trochę za późno na dalsze testy i pomiary...
I teraz częstotliwość widać jest ok. 200kHz.

Jakieś sugestie w tej chwili?

Ogólnie już było późno niewiele próbowałem...
Mam to co udało się zorganizować na szybko:
LM3478
IRLU8726 30V 5,8mohm@4,5V Qg 15nC
DL1207-100 10uH
Próbowałeś dwa dławiki szeregowo?
Nie
Rezystor Rsense = 0,0012
Tu nie o jedno zero za dużo? Powinno być ok. 12 miliomów chyba...
Racja, w sumie jest 4 rezystory 0R047 równolegle

I teraz częstotliwość widać jest ok. 200kHz.
Jakieś sugestie w tej chwili?

Ogólnie już było późno niewiele próbowałem...
Mam to co udało się zorganizować na szybko:
LM3478
IRLU8726 30V 5,8mohm@4,5V Qg 15nC
DL1207-100 10uH
Próbowałeś dwa dławiki szeregowo?
Nie
Rezystor Rsense = 0,0012
Tu nie o jedno zero za dużo? Powinno być ok. 12 miliomów chyba...
Racja, w sumie jest 4 rezystory 0R047 równolegle

[...]

I teraz częstotliwość widać jest ok. 200kHz.
Jakieś sugestie w tej chwili?

Skoro nie wychodzi - zwiększyć indukcyjność i zmniejszyć
częstotliwość. Ale dziwne, że nie wychodzi aż tak bardzo.

Ogólnie już było późno niewiele próbowałem...
Mam to co udało się zorganizować na szybko:
LM3478
IRLU8726 30V 5,8mohm@4,5V Qg 15nC
DL1207-100 10uH
Próbowałeś dwa dławiki szeregowo?
Nie
Rezystor Rsense = 0,0012
Tu nie o jedno zero za dużo? Powinno być ok. 12 miliomów chyba...
Racja, w sumie jest 4 rezystory 0R047 równolegle
[...]
I teraz częstotliwość widać jest ok. 200kHz.
Jakieś sugestie w tej chwili?
Skoro nie wychodzi - zwiększyć indukcyjność i zmniejszyć
częstotliwość. Ale dziwne, że nie wychodzi aż tak bardzo.
Na pewno dodam jeszce większe kondensatory na wejściu i wyjściu.
Ogólnie przetwornica też dziwnie popiskuje czasem.
Driver według pdfa daje do 1A w piku w bramkę.
Sprawdzę, czy Rsense ma sens przy takiej wartości. Trochę na chybił trafił
wybrałem. Najpierw próbowałem z 0R023.

Niepokojące jest grzanie tranzystora - chyba nie mam wyjścia, będę musiał
podłaczyć pod oscyloskop. Niestety w domu nie dysponuję.

Ogólnie będę robił na LT3783, tylko jeszcze ich nie mam. Ale skoro tu na
razie nie wychodzi obiecująco, to nie najlepszy znak.

Ale co to za rezystory? Drutowe?
Nie no, trochę pojęcia to ja mam. SMD 1206.

Niepokojące jest grzanie tranzystora - chyba nie mam wyjścia, będę musiał
podłaczyć pod oscyloskop. Niestety w domu nie dysponuję.

Błąd. Uruchamianie jakiejkolwiek przetwornicy (poza MC34063) bez
oscyloskopu, to nieporozumienie...

Ogólnie będę robił na LT3783, tylko jeszcze ich nie mam. Ale skoro tu na
razie nie wychodzi obiecująco, to nie najlepszy znak.

Bardzo to dziwne. Udało Ci się znaleźć bardzo przyzwoite tranzystory,
z bardzo niskim ładunkiem.

Zrób zdjęcie tego co masz - może coś się uda wymyśleć...